DE1496467C - Verfahren zum Verbinden eines entglas ten Glaskörpers mit einem vorgeformten Korper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines entglasten Glaskörpers mit einem vorgeformten Körper. :

Bekannt ist ein Verfahren (deutsche Auslegeschrift 1085 305), bei dem das Dichtungsglas erst am Ort der herzustellenden Verbindung entglast wird, d. h. in situ, d. h. an dem Ort, wo die Dichtung notwendig wird. Bei dem einen Ausgangsmaterial handelt es sich also nicht um einen Körper aus einem bereits entglasten Material.

■Erfindungsgemäß soll eine solche Verbindung mit einem .entglasten Glaskörper hergestellt werden bei Temperaturen, die beachtlich niedriger sind, als für die tatsächliche Glasentglasung oder -kristallisation notwendig ist. Hierzu kann man nicht einfach eine beliebige Menge entglasten Glases benutzen, da sich keinerlei Erfolg einstellen würde. Benutzt man das bekannte Verfahren, so ergibt sich der Nachteil, daß die hierzu erforderliche Erwärmung verhältnismäßig groß sein muß, was sich bei Materialien mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten ungünstig auswirkt. Und es können hierdurch nämlich thermische Zerstörungen im Bereich der Abdichtfläche eintreten. Solche übermäßigen Erwärmungen sollen aber gerade erfindungsgemäß vermieden werden.

Erreicht wird dies bei einem Verfahren zum Verbinden eines entglasten Glaskörpers mit einem vorgeformten Körper dadurch, daß ein Glaskörper verwendet wird, der höchstens zu 40 Volumprozent cntglast ist, 'und daß die aus dem englasten und aus dem anderen Körper bestehende Anordnung unter Druck auf eins erhöhte, jedoch unterhalb der Entglasimgstemperatur liegende Temperatur erhitzt wird.

Auf diese Weise liegt, da der entglaste Körper zu höchstens 40 Volumprozent entglast ist, noch genügend Glasmatrix vor, die für den Verbindungsprozeß zur Verfügung steht; andererseits reicht aber die Entglasung bis zu 40 Volumprozent aus, um die gewünschten Eigenschaften, das sind niedrige Wärmeausdehnung, zu erreichen.

Im allgemeinen handelt es sich bei den thermisch entglasbaren Gläsern um Gläser, bei denen bis zu höchstens 40 Volumprozent des Glases in die kristalline Phase übergeht. Die restliche Glasphase von 60 Volumprozent reicht aus, um eine normale Schmelzbindung oder Abdichtung mit den Abdichtobcrilächen unter Druck und bei Temperaturen gut oberhalb der ursprünglichen Härtetemperatur des Glases zu erzielen.

Nach der Entglasung können die Abdichtgläser mit Materialien verbunden oder abgedichtet werden, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient bei etwa 80 · 1()~⁷° C oder darunter, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 70· 10~⁷°C liegt. Das entglaste Glas wird auf ein Material mit einem ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten abgestimmt werden. ·

Hierbei handelt es sich um eine Familie von Bleißorsilikat-GJüsern mit Titanoxid als wesentlichen Bestandteil ,sowie... anderen vorgesehenen Oxiden. Solche Gläser unterliegen einer merklichen Abnahme des thermischen Ausdehnungskoeffizienten beim Kristallisieren oder Entglasen. Vorzugsweise wird ein vorgeformter Körper aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 30 und 70 · 10 ^r C. verwendet.

Zweckmäßig wird ein thermisch entglasbares Glas aus einem Glas folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf Oxidbasis verwendet: :->* \

60 bis 80% PbO
5 bis 18% TiO₂ ^

wenigstens 1 % B₂O₃ ''--''■"-:
■ ■·- ■-:;--: wenigstens 5°/o SiO₂' ' :

Günstig ist es, wenn das entglasbare Glas ein zweiwertiges Metalloxid in einem Anteil von Spuren bis

ίο 20 Gewichtsprozent enthält, das aus der Gruppe BaO und ZnO stammt, wobei die Gesamtmenge an zweiwertigen Metalloxiden, einschließlich PbO, zwischen 60 und 80 Gewichtsprozent beträgt. Der TiO,-Anteil kann zwischen 10 und 30 Gewichtsprozent liegen.

Vorzugsweise verwendet man einen vorgeformten Körper aus hartem Borsilikatglas. '

Beispielsweise Ausführungsform der Erfindung sollen nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigt '

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Dichtung mit einem einzelnen vorgeformten Teil,

F i g. 2 eine Seitenansicht einer Dichtung mit mehreren vorgeformten Teilen und

F i g. 3 eine Seitenansicht einer Dichtung eines Gehäuses nach der Erfindung.

Für die Zwecke der Erfindung ist zunächst ein Teil aus thermisch entglasbarem Abdichtglas herzustellen. Hierzu wird das Glas in der Regel zunächst geschmolzen. Gewichtsbestandteile, wie Bleioxid, Borsäure, pulverisierter Sand und Titanoxid, werden in geeigneten Mengen gemischt und in einem Platintiegel oder einer kleinen kontinuierlichen Schmelzanlage bei Temperaturen von 1200 bis 1300° C geschmolzen, bis die Schmelze homogen ist. Danach wird die Glasschmelze, vorzugsweise durch Einlaufenlassen von kaltem Wasser, abgeschreckt, um eine vorzeitige Kristallisation von Teilen des Glases zu vermeiden. Das Glas wird nun getrocknet und gemahlen.

Daraufhin kann ein Modellieren in eine für die Dichtfläche geeignete Form und ein Erwärmen erfolgen, um die Schmelze so weit zum Entglasen zu bringen, daß etwa 40 Volumprozent des Glases in die kristalline Phase umgewandelt werden.

Bei dem vorangegangenen; Entglasen kann das gemahlene Glas als Schlämme auf einen vorgeformten Träger aufgebracht und dann zur Bildung einer Verglasung auf dem Träger erwärmt werden. Es erfolgt eine weitere Erwärmung zur Durchführung der beabsichtigten Entglasung, gegebenenfalls kann das Glas auch in Form von Scheiben, Perlen, Streifen oder in anderer Form erzeugt werden, die für Abdichtungen besonderer Form geeignet sind, und die man dann zum Schmelzen und zur Entglasung erwärmt.

Die nun vorliegenden Gläser können geschmolzen oder entglast werden, indem man sie auf verschiedene Temperaturen und auch über unterschiedliche Zeiträume erwärmt, jedoch erfolgt das Schmelzen und Entglasen in der Regel durch Erwärmen des Glases

bei 500 bis 700° C, vorzugsweise bei etwa 600° C, über einen Zeitraum, der sich bis zu etwa einer Stunde erstrecken kann. .

Wie schon erwähnt, sollen die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Gläser mindestens etwa 60 Volumprozent Glas in der glasigen Phase nach der thermischen Entglasung enthalten. Mit einem geringeren Volumen in der glasigen Phase zeigt der Körper aus cntglastem mit Dichtglas nicht die Fähig-

keit, eine gute Abdichtung mit den anderen vorgeformten Teilen nach dem Aufbringen von Wärme und Druck zu bilden. Es sind somit nicht alle thermisch entglasbaren Gläser für die Anwendung des erfindungsgemäßen" Verfahrens geeignet, ; sondern nur diejenigen, die sich nach dem Entglasen unter dem Elektronenmikroskop als zufriedenstellend erweisen. Natürlich braucht nicht in allen Fällen das Ausmaß der Entglasung bis zu 40 Volumprozent zu betragen. Um die erwähnten Vorteile durch die Erfindung zu erzielen, braucht die Entglasung nur bis zu dem Ausmaß zu erfolgen, bei dem es zu einer wesentlichen Abnahme des thermischen . Ausdehnungskoeffizienten des Abdichtglases kommt. Auf diese Weise . kann . nämlich eine Anpassung", an Materialien, Aluminiumoxid, Kovarmetall,. Köyarabdichtgläser und anderen mit einem niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten, erfolgen.

Nach der Herstellung und Entglasung des Körpers aus Abdichtglas wird dieser in Berührung mit einem oder mehreren vorgeformten Gegenständen gebrächt, die miteinander verbunden oder abgedichtet werden. Nach der Kontaktaufnahme werden die zusammengesetzten Teile der Wärme und dem Druck ausgesetzt, wodurch die erfindungsgemäße Dichtung erzeugt wird. ^: .
■ Das Ausmaß-vor; Wärme und. Druck .und. die Dauer der Behandlung,, die zur Erzielung einer guten Dichtung erforderlich sind, schwanken, und-diese Bedingungen sind wiederum abhängig .von -Verschiedenen anderen Faktoren. Beispielsweise, beeinflussen die Form der Abdichtung und den Zustand der" Abdichtflächen die günstigen Bedingungen für. eine "gute Abdichtung. Um dies zu erläutern,.. sei. darauf. hingewiesen, daß die Dichtung leichter hergestellt werden kann, wenn ein vorgeformtes Teil eine optisch flache Oberfläche aufweist, und. sie schwieriger ist, wenn das Teil eine rohe oder unregelmäßige Fläche zeigt. Auch das Ausmaß der Entglasung beeinflußt die Dichtbedingungen. Sind bis zu 40 Volumprozent des Abdichtglases in die kristalline Phase verwandelt, dann sind entsprechend höhere Temperaturen und Drücke erforderlich als bei Gläsern mit niedrigem Kristallgehalt nach der Entglasung. Umgekehrt gilt, daß, je größer der Anteil an glasiger Phase ist, eine um so leichtere Dichtung erfolgt. In der. Regel wird jedoch die Abdichtung durch Erwärmen des Körpers aus entglastem Abdichtglas auf eine Temperatur, gut unterhalb der Schmelztemperatur erreicht, die gewöhnlich bei etwa 600° C liegt, und indem der entglaste Abdichtkörper für wenige !Sekunden!in Berührung mit einem vorgeformten Teil" unter Druck, gebracht wird. Für höher entglaste Abdichtgläser muß man größere Drücke für längere Zeiträume aufbringen, jedoch sollte die Abdichttemperatur etwa 600° C nicht überschreiten. In den meisten Fällen reicht ein Druck von 0,07 kg/cm² aus, jedoch muß diese Belastung erhöht werden, wenn die Bindung beschleunigt hergestellt werden soll oder muß.

F i g. 1 zeigt eine Schicht aus thermisch entglasbarem Abdichtglas 10, das mit einem vorgeformten Teil verbunden werden kann, indem man zuerst das Glas 10 einer Wärmebehandlung zur Entglasung bis zu 40 Volumprozent unterwirft und somit in diesem Umfang teilweise in die kristalline Phase überführt. Die entgaste Schicht des Abdichtglases 10 wird nun in Berührung mit zumindest einem Teil der Oberfläche eines vorgeformten Teiles 11 gebracht und die aus den Teilen 10 und 11 bestehende Anordnung der Wärme und dem Druck ausgesetzt. Hierzu kann man die Anordnung zwischen Druckplatten oder Druckwalzen 12 und 13 bringen und den gewünschten

.5 Druck ausüben. Die Wärme wird dadurch zugeführt, daß die Druckplatten oder -walzen induktiv oder auf andere Weise erwärmt werden. Gegebenenfalls kann man den Preßvorgang auch in einem Ofen durchführen, der dann, auf der gewünschten Temperatur

ίο gehalten wird. "-...'... -._■.'.- ...... .

In F i g. 2 ist veranschaulicht, daß eine Schicht aus entglastem Abdichtglas verwendet ist, um mehrere vorgeformte Schichten 11 abzudichten. In diesem Falle kann die Schicht 10 ein selbsttragendes Element sein, das zwischen den vorgeformten Schichten 11 angeordnet ist und abgedichtet wird. Die Schicht 10 kann zunächst als eine Schicht auf der Oberfläche einer der vorgeformten Schichten 11 hergestellt und dann unter Druck mit dem anderen vorgeformten

Teil verbunden werden. : .

Die vorgeformten Teile 11 können aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, das sich an den Körper 10 binden läßt/Dabei handelt es sich um geringe Ausdehnung aufweisende Gläser, Keramiken, feuerfeste Metalle, Legierungen u. dgl.

Zusätzlich zu den.dem Körper weitgehend entsprechenden Ausdehnungseigenschaften kann man die Dichtungen auch mit bildsamen Metallen, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Platin herstellen.

Der Körper 10 kann somit in eine beliebige Form

" ' —. den, Erfordernissen entsprechend — gebracht werden, um die gewünschte Ausbildung der Abdichtung herzustellen: In ähnlicher Weise kann die Form des. Teiles 11 abgewandelt, werden, um sie der Natur des Endproduktes anzupassen.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß der Körper sich an ein anderes ähnliches Teil aus entglastem Abdichtglas und auch an andere Materialien in ähnlicher Weise binden läßt.

- In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der ' Erfindung veranschaulicht, wobei ein Verschluß aus einem Gehäuse oder einer anderen Konstruktion hergestellt wird, die aus einem Material mit geringer Ausdehnung besteht. In diesem Falle wird eine tragende Schicht 30 aus bildsamem Metall mit einer Fritte aus thermisch entglasbarem Abdichtglas der oben beschriebenen Art überzogen. Die Fritte wird dann thermisch geschmolzen, um eine entglaste Schicht 31 in Form einer .Glasur, zu erzeugen, welche fest an der Oberfläche der Schicht 30 gebunden ist.

' ■" Die zusammengesetzte Schicht wird dann über die öffnung im Gehäuses 32 gesetzt, die wärmeempfind-; liehe" Komponenten 33, beispielsweise elektronische

... Vorrichtungen od. dgl., enthalten kann. Eine entglaste Abdichtschicht 31 wird in Berührung mit der - Oberfläche des Gehäuses 32 gebracht, das aus einem Material mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten besteht. Die Schicht 31 ist diesem Ausdehnungskoeffizienten des Materials gut angepaßt. Die Anordnung wird dann dem Druck zwischen den Platten oder Rollen 34 und 35 ausgesetzt und erwärmt, um die Schicht 31 mit dem Gehäuse 32 zu verbinden, wodurch das Gehäuse abgedichtet oder versiegelt wird. In diesem Falle kann die Wärme durch die obere Platte 34 aufgebracht werden, während die untere Platte 35 eine Wärmesenke darstellt, um eine unzulässige Erwärmung des Gehäuses 32 oder der Komponenten 3 zu verhindern.

. Beispiel 1

Ein Glas der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozenten wird geschmolzen und in üblicher Weise gemahlen: 68 % PbO, 12 % TiO₂, 7,5 % B₂O₃, 7,5% SiO₂ und 5% ZnO.

Das Glas wird dann zu einer flachen Schicht verformt und bei 620° C dreißig Minuten gebrannt, um es zu schmelzen und zu entglasen. Der entglaste Körper aus dem Abdichtglas wird dann in Oberflächenkontakt mit einem vorgeformten Körper aus hartem, geringe Ausdehnung aufweisendem Borsilkatglas folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent gebracht: 67% SiO₂, 15% B₂O₃, 7,5% Al₂O₃, 2,5% Ma₂O, 3,5% K₂O, 5 % Li₂O und 3 % BaO.

Die Anordnung wird dann auf eine Temperatur von etwa 525° C erwärmt und dann einem Druck von etwa .0,7 kg/cm² wenige Sekunden lang ausgesetzt. Nach dem Abkühlen hat sich eine feste Bindung zwischen den Glaskörpern gebildet.

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch ist der entglaste Körper aus Abdichtglas statt ag dessen mit einem vorgeformten Körper aus Kovarmetall gebunden.

Beispiel 3

Ein Glas folgender Zusammensetzung in Gewichts-Prozenten wird in üblicher Weise geschmolzen und gemahlen: 63% PbO, 12% TiO₂, 7,5% B₂O₃, 7,5% SiO₂ und 10% ZnO.

Dieses gemahlene Glas wird mit Wasser gemischt und als Überzug auf die Oberfläche einer dünnen Schicht aus einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von etwa 0,076 mm aufgebracht. Der Überzug wird getrocknet und bei etwa 620° C 30 Minuten lang gebrannt, so daß eine entglaste Glasur auf der Oberfläche der Aluminiumfolie entsteht. Die Glasur wird dann in Oberflächenberührung mit einem Körper aus hartem Borsilikatglas nach Beispiel 1 gebracht. Die Anordnung wird dann auf eine Temperatur von etwa 525° C erhitzt und einem Druck von etwa 0,56 kg/cm² wenige Sekunden lang ausgesetzt. Man erhält eine feste Bindung zwischen dem Körper aus entglastem Abdichtglas und dem Borsilikatglas.

Beispiel 4

Das Verfahren nach Beispiel 3 wird wiederholt unter Verwendung des Abdichtglases nach Beispiel 1.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden eines entglasten Glaskörpers mit einem vorgeformten Körper, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glaskörper verwendet wird, der höchstens zu 40 Volumprozent entglast ist, und daß die aus dem entglasten und aus dem anderen Körper bestehende Anordnung unter Druck auf eine erhöhte, jedoch unterhalb der Entglasungstemperatur liegende Temperatur erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgeformter Körper aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 30 und 70 · 10~⁷° C verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermisch entglasbares Glas aus einem Glas auf Oxidbasis folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent verwendet wird:

60 bis 80% PbO

5 bis 18% TiO₂

wenigstens 1 % B₂O₃

wenigstens 5 % SiO₂

wobei die Gesamtmenge von B₂O₃ plus SiO₂ zwischen 10 und 20 Gewichtsprozent liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem entglasbaren GaIs durchgeführt wird, das als zweiwertiges Metalloxid zusätzlich Spuren bis 20 Gewichtsprozent BaO und/oder ZnO enthält, wobei eine Gesamtmenge an zweiwertigen Metalloxiden, einschließlich PbO, zwischen 60 und 80 Gewichtsprozent beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem entglasbaren Glas durchgeführt wird, dessen TiO₂-Anteil zwischen 10 und 13 Gewichtsprozent liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überzug auf einem Metallkörper als Glaskörper verwendet wird, der auf dem Metallkörper aufgeschmolzen und dort entglast worden ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallkörper ein Aluminiumkörper verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgeformter Körper aus hartem Borsilikatglas verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen